Гидродорнование.

Сущность этого метода состоит в том , что непрерывно поддерживается высокое давление рабочей жидкости в замкнутых зонах между зубъями дорна и обрабатываемой поверхностью заготовки , обеспечивая эффект гидродинамической смазки . Создаваемое давление не только способствует удержанию смазывающего слоя рабочей жидкости , но и совершает часть деформационной работы , так как направлено в сторону деформирования металла заготовки .

В настоящее время в ряде европейских стран ведутся интенсивные работы по внедрению метода гидродорнования в производство .При этом достигнут значительный экономический эффект.

Однако широкому внедрению этого метода в реальное производство препятствует сложность его практической реализации , обусловленная трудностью поддержания эффекта гидродинамической смазки . Поэтому на деталях зачастую возникают такие явления , как налипания металла на деформирующий инструмент , задиры и частичные разрушения поверхности детали , которые не допустимы при финишной обработке . Кардинальным решением этой проблемы является построение математических моделей процесса на основе выявления зависимостей между его основными технологическими параметрами , и их оптимизация расчетным или экспериментальным путем .

Причем с развитием средств вычислительной техники первое направление становится все более эффективным . Но для его реализации должна быть построена адекватная математическая модель процесса .

Успешное решение поставленных целей позволит решить такую важную научно-техническую задачу , стоящую перед отечественным машиностроением , как замена сложных и дорогостоящих технологических операций растачивания , шлифования , хонингования и поверхностной обкатки роликом поверхностей отверстий на более производительные и дешевые процессы , такие как гидродорнование. В качестве объекта для исследования рассматривался класс деталей типа «втулка»( втулки гидро и пневмоамортизаторов , сменные втулки цилиндров двигателей внутреннего сгорания и др). Данный класс деталей требует обеспечения равномерности толщины стенки детали и качества ее поверхности по всей ее длине , что наиболее легко достигается именно с помощью гидродорнования .

1 2 4

3

β

Принципиальная схема гидродорнования деталей типа «втулка» :

1- гидродорн ; 2- радиальный канал подвода рабочей жидкости высокого давления от гидромультипликатора ; 3- центральный канал подвода рабочей жидкости высокого давления от гидромультипликатора ; 4- рабочая жидкость высокого давления ; 5 – деформируемая заготовка .

Сущность этого метода состоит в том , что непрерывно поддерживается высокое давление в замкнутых зонах между зубьями дорна. При этом оказывается дополнительное воздействие на смазывающий клин рабочей жидкостью подаваемой под высоким давлением . Кроме того рабочая жидкость совершает и часть деформационной работы , так как ее давление направлено в сторону деформирования материала заготовки.

Таблица 1

Технико-экономические показатели попыток использования процесса гидродорнования детали «втулка» с внутренним диаметром 60 мм , длиной – 230 мм и толщиной стенки 3мм из малоуглеродистой конструкционной стали [по данным Болгарской Академии Наук ].

№ п/п	Операция	Мощность оборудо- вания,квт	Время обра- ботки , мин.	КИМ, В %
1	Черновая обто- чка	7,5	1,8		Существующая
2	Чистовая обто- чка	7,5	2,85	68	Технология
3	Шлифование	8,3	4,6
4	Хонингование	12,6	2,65
1	Черновая обто- чка	7,5	1,85		Новая
2	Фосфатирова- ние	6,3	0,48	80	Технология
3	Гидродорно- вание	20,5	0,26

Для определения расхода рабочей жидкости в течении одного цикла деформирования предлагается воспользоваться следующей зависимостью :

V = 2pa² c² /(4a L) S (h_0n-1^-1 -h^-1 )t_n-1 +p [ d₁² h_c²/( 4a L₁ ) + d₂ ² h_c ²/( 4aL₂ )] ·

· (h₀ ^-1 -h ^-1)t ; (2 )

где а,с,L - геометрические параметры дросселя установки ; d ₁, d₂, L₁ , L₂ – геометрические параметры гидродорна ; n – количество зубъев гидродорна , t – время гидродорнования заготовки , t_n-1 – время входа (выхода) в заготовку n-го элемента гидродорна . Анализ полученного выражения позволил сделать вывод о том , что расход рабочей жидкости за время рабочего цикла в первую очередь определяется толщиной смазочного слоя между инструментом и заготовкой .

Для определения осевого усилия гидродорнования получена следующая зависимость:

P = 0,25 w p s_в d s [( d/d₃ + 1)(1+ m¢ ctgb) + 2(s₃ /d₃ )^0,5 sin b] [1 +(d₃/d )^0,5]

(3-2cosb) ;

(3 )

где w = 1,1…1,2 ; d, s –внутренний диаметр и толщина стенки изделия ; d₃ , s₃ – внутренний диаметр и толщина исходной трубной заготовки ; s_в – предел выносливости материала заготовки ; m¢ - коэффициент жидкостного трения .

Полное усилие выпрессовки полученной детали из матрицы получили на основании решения задачи Ляме в предположении о достижении на ее внутренней поверхности напряжения текучести материала заготовки.

Для избежания появления дефектов на изделии в процессе гидродорнования предложено производить проверку выбранной заготовки по величине предельных коэффициентов раздачи , полученных из условия отсутствия трещин и потери продольной устойчивости :

К_р< exp (2n¢/3) + { `s cosb/[2exp(n¢/3)]}(1 + 2n¢/3) ; (4 )

K_p< { (2,2 j_y s_s ) /[ s_b ( 1 + m ctg )(3 –2cos b) + 1 }^0,5 ; (5)

где К_р – коэффициент раздачи ; `s - относительная толщина стенки заготовки ; j_у – коэффициент продольной устойчивости ; m - коэффициент сухого трения гидродорна и заготовки ; n¢ - показатель деформационного материала заготовки .

Для определения предельных возможностей обработки детали типа «втулка» гидродорнованием без разрушения материала заготовки , воспользовались феноменологическим критерием деформируемости , который для случая многозубого дорна приобретает вид :

N e_i ( i j ) m

Y = S { ò А [e_i ( i j )^А-1 ] / e_p^А e_i ( i j )} - S (Dy_l ) ; ( 6 )

i=1 0 l=1

где Y - остаточный ресурс пластичности полученной детали ; e_i (i j ) - степень деформации на i- м этапе нагружения в j- й зоне детали , характеризующая типоразмер получаемый на i- зубе гидродорна внутреннего диаметра втулки ; DY- восстановление ресурса пластичности при l - м рекристаллизационном отжиге ; N- количество зубъев гидродорна ; m- количество восстановительных отжигов .

Таблица

Рекомендуемые составы рабочей жидкости для гидродорнования.

Материал	Относительная толщина стенки заготовки S3 /d3
	1,05 ¸ 1,15	> 1,15
Малоуглеродистые стали	1,7	2,5
Коррозионностойкие стали	4,5	1,2,3
Аллюминиевые и медные сплавы	3,6,8	4,6

В данной таблице:

1. сульфофрезол, 2- 5% эмульсия PЗСОЖ8 (ТУ 38-101-258-84), 3- 3 ¸ 15% эмульсия Укринол-1, 4- масло MP-1, 5- масло MP-1 при омеднении заготовок, 6- масло АМГ –10, 7- эмульсия АМГ-10 (10%) и талька (20%), 8- 10% раствор мыла в воде.

Статистическая обработка результатов экспериментального исследования позволила выявить оптимальную геометрию заходной части гидродорна обеспечивающую наименьшую шероховатость получаемой поверхности при минимальном потребном усилии деформирования .

b_опт = 6,149 + 8,059b – 6,588b² + 2,205b³ + 0,255b⁴ [град] , (10)

где b- ширина калибрующего пояска гидродорна [ мм].

Таблица 3.

Определение числа зубьев гидродорна и процентное распределение натяга в зависимости от общего натяга при гидродорновании деталей типа «втулка».

Натяг I , мм	0,1… 0,6		0,7… 2,5		2,6…5,4		5,5…7
Число зубьев Гидродорна , N	1		2		3		4
Процентное Распределение Натяга (%) между зубьями		100		50/50		50/30/20		40/25/20/15

Также предложены выражения позволяющие еще на стадии проектирования технологического процесса гидродорнования деталей « втулка» оценить ожидаемую шероховатость получаемой поверхности .

Ra = - 2,563 I + 0,049b + 0,232b I [мкм ] ( при N= 1…2 ) ( 11 ) и

Ra = 17,197 – 6,943 b – 1,793 b + 0,732 b b [мкм ] ( при N= 3…4) (12) .

Установленная экспериментально область рационального применения процесса гидродонования , в которой данный процесс обеспечивает устойчивое высокое качество обработанной внутренней поверхности ( Ra 0,16…0,32 при точности Н7…Н8 ) , составляет : по наружному диаметру детали – 40…90 мм ; по длине – 80…250 мм ; по относительной толщине стенки – 1,05…1,20 ).